螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管制造技术

本发明专利技术提供了一种螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，用于油气井和稠油井防砂。该滤砂管首次将斜丝粗滤砂和割缝细滤砂技术有机结合，实现双重滤砂，具有成本低、操作方便、防砂效果好、适应范围广和防砂卡泵的特点；导液流器特有的变截面流道，实现井液提速而避免砂粒沉积；V形斜丝笼套通过引流罩、引流环和螺旋筋加固，使滤砂管强度高、刚度大且抗挤压摩擦能力强，且不易撸丝和损坏套管；梯形斜丝和扇形割缝使丝缝和割缝具有自洁净作用，而螺旋筋和斜丝螺旋式布置且螺旋筋缝隙和丝缝外窄内宽，使螺旋筋和斜丝笼套具有自清洗功能；斜丝笼套可拆卸，使滤砂管便于更换或清洗；引流罩将井液引入滤砂管，而引流环将砂粒导出，集砂管则收集沉积砂粒。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种油气井开采井下防砂器材，特别是涉及一种适合稠油井防砂用的滤砂管。
技术介绍
当前，我国主要油田及气田的开采已经开始进入中后期阶段，井身结构较差、油中高含水、稠油等现象非常普遍，经过长期的注水、抽油泵强提升液、强注和强采以及稠油低品位油藏的动用，油层状况发生了较大的改变，砂埋油层、砂卡油管、砂埋泵、砂卡泵以及砂磨油泵等“砂害”更加严重和复杂化。目前，国内外油气井和稠油井防砂方面主要以机械防砂为主，通常用的机械滤砂管防砂法有绕丝筛管、割缝衬管、机械滤砂管+砾石充填等。其中，绕丝筛管是将不锈钢绕丝缠绕至钢管，具有耐腐蚀、缝隙连续和流通面积大等特点，但同时造价高，是割缝衬管的2～3倍；细砂粒易堵塞渗滤介质，降低产能；自清洁性较差，砂粒易集结于通道内；作业中绕丝难免与井壁或套管壁发生碰撞、摩擦和挤压，造成筛管损坏或乱丝，降低完井质量和防砂效果。割缝衬管是将套管经过铣削加工而成，具有工艺简单、操作方便、强度高的特点，然而其最小缝宽窄且深，适用砂粒的粒径范围较小；缝眼容易被细砂粒堵塞和磨损。机械滤砂管+砾石充填防砂的防砂时间较长，效果较好，但是这种管层预填充方法在阻挡固体颗粒的同时，也增加了井液进入滤砂管的流动阻力，尤其是对于稠油井，加大了产能损失，而且成本相对较高，设计和施工相对复杂，防砂后井内留有防砂管柱，打捞难，时间稍长滤砂管容易产生腐蚀。近几年国内开始探索应用化学防砂，其优点是施工后井内无遗留物，并可用于异常高压井层，而其缺点是对油层渗透率有一定伤害；注入剂存在老化现象，使其有效期有限；成功率不如机械防砂；同时不适用于裸眼完井的油井。综上所述，常规的机械防砂和化学防砂方法都没有从根本上解决油气井和稠油井出砂问题，由此通过研究井筒中的砂粒运移和沉降规律，并依托现有可行性技术，设计出油气井和稠油井防砂专用的割缝斜丝滤砂管，并依据固液两相流体仿真分析和实验室实验结果对滤砂管的结构及筛缝宽度等参数进行优化设计，以保证所设计的滤砂管能够满足开发生产需要，同时可以有效提高检泵周期，避免处于中后期生产阶段油气井因防砂失败而导致无法正常生产或者长期停产。
技术实现思路
为了有效解决油气井和稠油井出砂问题并克服现有机械滤砂管和化学防砂技术存在的不足，本专利技术的目的是研制出一种新型的适合油气井和稠油井防砂用的螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管。该割缝斜丝滤砂管首次将斜丝丝缝粗滤砂和螺旋式割缝细滤砂两种防砂技术进行有机结合，并依据其螺旋式斜丝和螺旋筋以及导液流器的特殊构造和工艺，能够实现双重滤砂、含砂井液提速、自洁净和自清洗功能，具有成本低、操作方便、可拆卸、防砂效果好、砂粒粒径适应范围广、强度高且刚度大、经过大斜度和水平井弯段时不易损坏、可避免套管损坏和砂卡泵等特点。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，主要由导液流器、割缝管、螺旋筋、斜丝笼套、引流罩、引流环、集砂管和管帽组成。割缝斜丝滤砂管防砂机理是地层产出液依次流经斜丝笼套、螺旋筋和割缝管的缝隙进入滤砂管内腔室，然后通过导液流器的提速后流入抽油泵和油管并被举升至地面；同时依据斜丝笼套和割缝管的桥架作用实现双重滤砂功能，粒径大于丝缝的砂粒被阻挡在斜丝笼套外面，粒径大于割缝的砂粒被阻挡在割缝管外面，并被送至井底口袋，而粒径较小的少量砂粒随产出液携带至滤砂管内腔室并排出井筒。导液流器位于螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管的最上部，其表面进行镍磷镀处理，实现含砂井液提速，避免地层产出液流量较低时引发砂粒在滤砂管内腔室的沉积。导液流器包括导液流轮、轮杆、导液流壳和导液流罩，导液流轮材料选用60Si2Mn，调质处理布氏硬度大于230，整体采用变截面的倒锥体，其轴向剖面外轮廓线的下部呈下凹式的圆弧，而上部呈上凸式的圆弧，两圆弧结合处的法线重合，保证导液流轮表面流动井液的连续性和稳定性；导液流轮内环面上部为全环凹槽。轮杆用来实现导液流轮与导液流罩间的联接，整体采用阶梯轴结构，它包括接头、杆体、杆肩和杆头，接头通过外螺纹与导液流罩进行联接；杆体外表面进行精加工，与导液流轮内环面过盈配合；杆肩用来连接杆体和杆头，同时其上端面与导液流轮下端面相结合实现导液流轮定位；杆头采用锥度为60°的倒圆锥体，保证井液顺利切入导液流轮的锥面。导液流壳和导液流罩的材料选用35CrMo，表面氧化处理，同时调质处理布氏硬度不低于220，以抵抗导液流壳和导液流罩内流动井液的冲击，导液流壳和导液流罩间通过丁腈橡胶垫进行密封。导液流壳采用厚壁筒形结构，顶部边缘加工有均匀排列的螺钉孔，导液流壳外环面直径等于割缝管内环面直径，并与割缝管过盈配合，实现导液流器与割缝管间的固定；导液流壳内表面的上部采用环形结构，而下部采用变截面的流线型结构，其轴向剖面内轮廓线与导液流轮剖面的外轮廓线相配合，导液流壳剖面内轮廓线的下部呈上凸式的圆弧，圆弧半径小于导液流轮剖面外轮廓线的下圆弧半径；导液流壳内轮廓线的中部呈下凹式的圆弧，圆弧半径大于导液流轮外轮廓线的上圆弧半径；导液流壳内轮廓线的上部呈下凹式的圆弧，圆弧半径小于内轮廓线中部及下部圆弧半径。导液流壳内轮廓线各圆弧结合处的法线均重合，保证导液流壳内表面上流动井液的稳定性。导液流轮与导液流壳配合后的井液流道呈变截面的环形结构，并且流道从入口至出口的截面面积逐渐减小，由此其内的井液流速不断提升。导液流罩上部采用法兰盘结构，通过螺钉与导液流壳进行联接。导液流罩外表面的上部采用变截面的圆柱形结构，圆柱横截面直径小于导液流壳上部内环面直径；外表面的中部采用锥度为60°的倒圆锥体，其锥面与导液流轮和导液流壳间的井液流道出口相吻合；外表面的下部采用圆柱形结构，圆柱横截面直径小于导液流轮上部凹槽的直径。导液流罩内加工有圆形井液流动弯道，用来改变井液流动方向，保证导液流器入口和出口处井液流动方向一致，弯道沿圆周方向均匀布置，个数为8～12个，弯道直径等于导液流轮和导液流壳间的井液流道出口宽度，弯道入口位于导液流罩外表面锥体的锥面上，以保证导液流器流动井液的连续性，而弯道出口则位于导液流罩的上端面。导液流罩内环面采用阶梯回转体结构，其上部加工有内螺纹，而中部环面的直径大于轮杆杆体外径。割缝管是对斜丝粗滤砂后的井液再次进行深度过滤，即细滤，以达到较好的防砂效果，它由圆管加工而成，包括上下接头、卡箍和管体几部分，材料选用30Cr，内外表面及割缝表面均涂覆超级双向不锈钢。上接头和下接头上均加工有密封性圆锥管螺纹，分别位于割缝管的最上部和最下部，上接头通过接箍将割缝斜丝滤砂管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，地层产出液依次流经斜丝笼套、螺旋筋和割缝管的缝隙进入滤砂管，通过导液流器的提速后流入抽油泵；同时依据斜丝笼套和割缝管的桥架作用实现双重滤砂功能，粒径大于丝缝的砂粒被阻挡在斜丝笼套外面，粒径大于割缝的砂粒被阻挡在割缝管外面，而粒径较小的少量砂粒随产出液携带至滤砂管内，其特征在于：一导液流器；所述导液流器的导液流轮整体采用变截面的倒锥体，其轴向剖面外轮廓线的下部呈下凹式的圆弧，而上部呈上凸式的圆弧，两圆弧结合处的法线重合；轮杆的杆体外表面与导液流轮内环面过盈配合；导液流壳采用厚壁筒形结构，内表面的上部采用环形结构，而下部采用变截面的流线型结构；导液流轮与导液流壳配合后的井液流道呈变截面的环形结构，并且流道从入口至出口的截面面积逐渐减小；导液流罩内加工有圆形井液流动弯道，保证导液流器入口和出口处井液流动方向一致，弯道直径等于导液流轮和导液流壳间的井液流道出口宽度；一割缝管；所述割缝管包括上下接头、卡箍和管体，卡箍采用环形圆板，内环面的下部为一全环凹槽；管体上用刀具或者电火花等特种加工方式切割出螺旋线形的具有一定宽度和密度的割缝，该螺旋线沿管体圆柱面等间距展开，螺旋线的展开线与割缝管轴线间的升角小于65°；各层面的割缝均匀布置，各层面间的割缝平行排列，割缝外窄内宽；一螺旋筋；所述螺旋筋是通过轧制的方法形成一根等截面的丝筋，该丝筋沿着割缝管上割缝的轮廓线螺旋缠绕于管体外壁，同时保证丝筋各部位均处于割缝管相邻割缝的中间部位；螺旋筋螺旋线的升角也小于65°，螺旋线上相邻螺旋筋间形成缝隙的剖面外窄内宽；一斜丝笼套；所述斜丝笼套的所有斜丝沿割缝管轴线垂向放置并且沿螺旋筋弹簧式外环面均匀排列，斜丝笼套的上下两端分别通过引流罩和引流环进行加固，而内部通过弹簧式螺旋筋进行支撑；斜丝笼套上每根斜丝体的中线为沿螺旋筋弹簧式外环面展开的螺旋线；每根斜丝均为通过轧制的方法形成等腰梯形的变截面丝体，斜丝梯形截面的高度沿螺旋筋外环面向下逐渐降低；相邻斜丝间形成的丝缝剖面外窄内宽；一引流罩和引流环；所述引流罩和引流环与割缝管间采用间隙配合，中部本体沿圆周方向切有形状和大小相同的液槽口，所有液槽口均匀布置，槽口数等于斜丝笼套的斜丝根数，同时每个液槽口的位置与丝缝一一对应；引流罩和引流环本体上的液槽口两侧面分别与对应位置丝缝的两侧面平齐，同时液槽口上部端线为弧线，液槽口下部端线也为弧线；一集砂管；所述集砂管采用圆筒形结构，母螺纹接头内部通道采用变截面的阶梯回转体结构，管基体内环面直径等于割缝管管体的内径，公螺纹接头位于集砂管的最下部；一管帽；所述管帽采用盲孔结构，外径等于集砂管母螺纹接头外径。...

【技术特征摘要】
1.一种螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，地层产出液依次流经斜丝笼套、螺旋筋和割缝管
的缝隙进入滤砂管，通过导液流器的提速后流入抽油泵；同时依据斜丝笼套和割缝管的桥架
作用实现双重滤砂功能，粒径大于丝缝的砂粒被阻挡在斜丝笼套外面，粒径大于割缝的砂粒
被阻挡在割缝管外面，而粒径较小的少量砂粒随产出液携带至滤砂管内，其特征在于：
一导液流器；所述导液流器的导液流轮整体采用变截面的倒锥体，其轴向剖面外轮廓线
的下部呈下凹式的圆弧，而上部呈上凸式的圆弧，两圆弧结合处的法线重合；轮杆的杆体外
表面与导液流轮内环面过盈配合；导液流壳采用厚壁筒形结构，内表面的上部采用环形结构，
而下部采用变截面的流线型结构；导液流轮与导液流壳配合后的井液流道呈变截面的环形结
构，并且流道从入口至出口的截面面积逐渐减小；导液流罩内加工有圆形井液流动弯道，保
证导液流器入口和出口处井液流动方向一致，弯道直径等于导液流轮和导液流壳间的井液流
道出口宽度；
一割缝管；所述割缝管包括上下接头、卡箍和管体，卡箍采用环形圆板，内环面的下部
为一全环凹槽；管体上用刀具或者电火花等特种加工方式切割出螺旋线形的具有一定宽度和
密度的割缝，该螺旋线沿管体圆柱面等间距展开，螺旋线的展开线与割缝管轴线间的升角小
于65°；各层面的割缝均匀布置，各层面间的割缝平行排列，割缝外窄内宽；
一螺旋筋；所述螺旋筋是通过轧制的方法形成一根等截面的丝筋，该丝筋沿着割缝管上
割缝的轮廓线螺旋缠绕于管体外壁，同时保证丝筋各部位均处于割缝管相邻割缝的中间部位；
螺旋筋螺旋线的升角也小于65°，螺旋线上相邻螺旋筋间形成缝隙的剖面外窄内宽；
一斜丝笼套；所述斜丝笼套的所有斜丝沿割缝管轴线垂向放置并且沿螺旋筋弹簧式外环
面均匀排列，斜丝笼套的上下两端分别通过引流罩和引流环进行加固，而内部通过弹簧式螺
旋筋进行支撑；斜丝笼套上每根斜丝体的中线为沿螺旋筋弹簧式外环面展开的螺旋线；每根
斜丝均为通过轧制的方法形成等腰梯形的变截面丝体，斜丝梯形截面的高度沿螺旋筋外环面
向下逐渐降低；相邻斜丝间形成的丝缝剖面外窄内宽；
一引流罩和引流环；所述引流罩和引流环与割缝管间采用间隙配合，中部本体沿圆周方
向切有形状和大小相同的液槽口，所有液槽口均匀布置，槽口数等于斜丝笼套的斜丝根数，
同时每个液槽口的位置与丝缝一一对应；引流罩和引流环本体上的液槽口两侧面分别与对应
位置丝缝的两侧面平齐，同时液槽口上部端线为弧线，液槽口下部端线也为弧线；
一集砂管；所述集砂管采用圆筒形结构，母螺纹接头内部通道采用变截面的阶梯回转体
结构，管基体内环面直径等于割缝管管体的内径，公螺纹接头位于集砂管的最下部；
一管帽；所述管帽采用盲孔结构，外径等于集砂管母螺纹接头外径。
2.根据权利要求1所述的螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，其特征在于：所述导液流器轮
杆的杆肩上端面与导液流轮下端面相结合实现导液流轮定位，轮杆的杆头采用锥度为60°的
倒圆锥体；
所述导液流壳外环面直径等于割缝管内环面直径，并与割缝管过盈配合；导液流壳轴向
剖面内轮廓线与导液流轮剖面的外轮廓线相配合；
所述导液流罩外表面的上部采用变截面的圆柱形结构，中部采用锥度为60°的倒圆锥体。
3.根据权利要求1或2所述的螺旋式可拆卸割缝斜丝滤砂管，其特征在于：所述导液流
器的导液流壳剖面内轮廓线的下部呈上凸式的圆弧，圆弧半径小于导液流轮剖面外轮廓线的
下圆弧半径；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春花，刘新福，周超，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37